CN110065374B - 一种集成化两档电驱系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种集成化两档电驱系统，解决现有技术集成度低，体积大，成本高以及电机定子转子冷却效果不佳的问题。其包括电机、减速器、差速器和冷却组件；电机和减速器集成在一个壳体内，该壳体内分为电机工作腔室和减速器工作腔室两个区域；电机的输出轴与减速器的输入轴共用一根传动轴；传动轴穿过电机转子，两端通过轴承安装壳体上；差速器位于减速器工作腔室内，并通过轴承支撑在壳体上；电机定子固定在壳体内；减速器采用平行轴两级减速机构；冷却组件包括油泵、油管和热交换器；热交换器位于壳体外侧；油泵将减速器工作腔室的润滑油通过油管泵入热交换器冷却后，再泵入电机工作腔室，并喷洒在定子和转子上；两个腔室通过回油孔连通。

Description

一种集成化两档电驱系统
技术领域
本发明属于车辆驱动机构，具体涉及一种集成化两档电驱系统。
背景技术
受环境压力、能源安全等因素影响，燃油车的弊端日益凸显，包括中国在内的众多国家陆续制定了“禁止燃油车时间表”，新能源汽车因其环境友好，可以不依赖化石燃料等而得到了广泛的认可。尤其是在中国，受政策驱动，电动汽车在市场的占比正在迅速提高，其中，电驱动总成作为关键部件之一，极大影响着电动汽车的发展。
目前，常见的两档汽车电驱动总成中电机和减速器为分体式结构，两者分别制造完成后将其组装到一起，因而总成的集成度较低，体积大，重量大，加工制造成本高。同时，该结构中电机采用水冷，使得电机定子、转子的冷却效果不佳，功率密度相对较低。
而部分电机采用油冷方案的电驱动总成，其电机定子是悬臂结构，支撑刚性较差，气隙均匀性难以保证，对相应零部件加工精度要求高，且减速器为单档结构。这种方案中，驱动总成难以兼顾车辆低速起步加速性、高速巡航速度、大爬坡度等，电机的高效工作区域有限。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术所存在的集成度低，体积大，重量重，加工制造成本高以及电机定子转子冷却效果不佳的不足之处，而提供了一种高集成度的两档电驱系统，使其电机采用循环油冷的方式，同时结构更加合理、可靠性更高。
为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种集成化两档电驱系统，其特殊之处在于，包括电机、减速器、差速器和冷却组件；所述电机和减速器集成在一个壳体内，该壳体内分为两个工作腔室，一个腔室为电机工作腔室，另一个腔室为减速器工作腔室；所述电机的输出轴与减速器的输入轴共用一根传动轴；所述传动轴穿过电机转子，其一端通过第一轴承安装在电机工作腔室的壳体上，另一端通过第二轴承安装在减速器工作腔室的壳体上；所述差速器位于减速器工作腔室内，并通过第三轴承和第四轴承支撑在壳体上；所述电机定子固定在壳体内；所述减速器采用平行轴两级减速机构；所述冷却组件包括油泵、油管和热交换器；所述热交换器位于壳体外侧；所述油泵将减速器工作腔室的润滑油通过油管泵入热交换器冷却后，再泵入电机工作腔室，并通过油管的油孔喷洒在电机定子和电机转子上；电机工作腔室和减速器工作腔室通过回油孔连通。
进一步地，为了使定子轴向固定更加可靠牢固，所述电机定子通过止口配合的方式安装在壳体内，并通过定位销定位。
进一步地，所述电机转子通过压环轴向固定。
进一步地，所述壳体包括减速器左壳体、减速器右壳体以及电机端盖；所述减速器左壳体与减速器右壳体通过螺栓和定位销连接；所述减速器右壳体与电机端盖通过螺栓和定位销连接；所述电机端盖上开设有第一轴承孔；所述减速器左壳体上开设有第二轴承孔。
进一步地，为了提升传动轴转动时的稳定度，所述减速器右壳体上开设有中间轴承孔，中间轴承孔内安装有中间轴承，用于支撑传动轴。
进一步地，所述平行轴两级减速机构包括中间轴、一档主动齿轮、一档被动齿轮、二档主动齿轮、二档被动齿轮、二级主动齿轮、二级被动齿轮和同步组件；所述中间轴通过第五轴承和第六轴承安装在减速器工作腔室的壳体上；减速器的一档主动齿轮、二档主动齿轮空套在所述传动轴上，同步组件套设在传动轴上，并位于一档主动齿轮和二档主动齿轮之间；减速器的一档被动齿轮、二级主动齿轮、二档被动齿轮依次套设在所述中间轴上；二级被动齿轮固定设置在差速器壳体上。
进一步地，为了节省安装空间，所述油泵位于减速器工作腔室内。
进一步地，所述同步组件为同步器或滑套。
进一步地，所述二级被动齿轮通过焊接或者螺栓安装在差速器壳体上。
进一步地，所述电子定子的两端通过定位销安装在减速器右壳体和电机端盖上。
进一步地，所述电机转子以以键配合、内孔间隙配合或者过盈配合的安装方式安装在传动轴上；所述压环通过过盈或者螺纹连接的方式安装在传动轴上，使其在工作过程中成为一个整体。
进一步地，所述差速器为锥齿轮差速器。
本发明的优点是：
1.本发明中电机的输出轴和减速器的输入轴为一根轴(即一体结构)，位于同一壳体的不同工作腔室内，使得减速器和电机高度集成，取消了电机输出轴和减速器输入轴的高速油封，减少了高速轴承的数量，结构更加简单、可靠性高、重量轻，体积小，成本低。
同时，减速器采用两档结构，低速档时整车动力性充足，可以保证最大爬坡度，高速档时，可以保证最高车速；两档结构可以使电机在更多时间工作在高效区，在相同的电池容量下，延长整车的续使里程。
本发明电机采用油冷方式，冷却油直接来源于减速器的润滑油，将其喷洒在定子和转子表面，冷却效果好，可以极大地提高电机的扭矩和功率，提高电机的功率密度；电机工作腔室与减速器工作腔室之间通过回油孔连通，电子定子转子冷却后，润滑油可通过回油孔流回减速器，充分利用资源，进行循环油冷。
2.本发明中电机的输出轴同时作为减速器的输入轴，降低了轴的加工难度，避免了花键配合在高转速下因间隙等原因带来的噪声问题，同时，一体轴也减少了高速轴承数量。
3.本发明采用止口与定位销结合的方式对电机定子进行固定，支撑刚性好，可靠性更高，使得气隙均匀性有所保证。
4.本发明中对于传动轴的支撑，可采用共两种支撑方式，一种是通过左右两端支撑，一种是左中右三点支撑，可根据产品型号进行相应的选择；同时，将壳体划分为三段，方便安装、拆卸、维修。
5.本发明将油泵设置减速器工作腔室内，可充分利用该腔室的空间，集成度更高。
6.本发明集成化两档电驱系统结构紧凑，便于整车布置，同时重量轻、效率高、成本低，可广泛用于皮卡、轻卡等城市物流车。
附图说明
图1为本发明集成化两档电驱系统第一种支撑方式的示意图；
图2为本发明集成化两档电驱系统第二种支撑方式的示意图；
附图标号如下：
1-传动轴；2-第二轴承；3-减速器左壳体；4-二档主动齿轮；5-同步器；6-一档主动齿轮；7-减速器右壳体；8-中间轴承；9-电机端盖；10-电机转子；11-压环；12-第一轴承；13-电机定子；14-电机工作腔室；15-回油孔；16-一档被动齿轮；17-右半轴；18-右半轴齿轮；19-差速器壳体；20-螺栓；21-二级被动齿轮；22-减速器工作腔室；23-行星齿轮；24-左半轴齿轮；25-左半轴；26-二档被动齿轮；27-二级主动齿轮；28-中间轴；29-油泵；30-热交换器；31-油管；32-第三轴承；33-第四轴承；34-第五轴承；35-第六轴承。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
如图1所示，一种集成化两档电驱系统，包括电机、减速器、差速器和冷却组件。
电机和减速器集成在一个壳体内，该壳体包括减速器左壳体3、减速器右壳体7以及电机端盖9；减速器左壳体3与减速器右壳体7通过螺栓20和多个定位销连接，形成减速器工作腔室22；减速器右壳体7与电机端盖9通过螺栓20和多个定位销连接，形成电机工作腔室14；电机端盖9上开设有第一轴承孔，减速器左壳体3上开设有第二轴承孔，减速器右壳体7上开设有中间轴承孔。
减速器采用平行轴两级减速机构，包括输入轴、中间轴28、一档主动齿轮、一档被动齿轮、二档主动齿轮、二档被动齿轮、二级主动齿轮、二级被动齿轮和同步器。
电机的输出轴与减速器的输入轴共用一根传动轴1；传动轴1穿过电机转子10，其一端通过第一轴承12安装第一轴承孔内，另一端通过第二轴承2安装第二轴承孔内，中部通过中间轴承8安装在中间轴承孔内。
差速器采用锥齿轮差速器，其位于减速器工作腔室22内，并通过第三轴承32和第四轴承33支撑在减速器左壳体3、减速器右壳体7上。
电机转子10以键配合、内孔间隙配合或者过盈配合的方式安装在传动轴1外圆柱面上，并通过压环11轴向固定，使其在工作过程中成为一个整体，压环11和传动轴1外圆柱面可以是过盈或者螺纹连接等多种安装方式；电机定子13的两端通过定位销安装在壳体上，为了使电机定子13轴向固定更加牢固，减速器右壳体7和电机端盖9与电机定子13相配合的端面处均设置有止口，而电机定子13通过止口配合的方式安装在壳体上。
冷却组件包括油泵29、油管31和热交换器30。热交换器位于壳体外侧；油泵29位于减速器工作腔室22内，并安装在减速器右壳体7上(也可置于壳体外，但位于壳体内更好，集成度更高)。油泵29将减速器工作腔室22的润滑油先通过油管31泵入热交换器30内进行冷却后，再继续泵入电机工作腔室14，并通过油管31上的油孔喷洒在定子和转子表面，对电机定子和电机转子进行冷却；电机工作腔室14和减速器工作腔室22通过回油孔15连通，冷却过电机后的润滑油通过回油孔15流回至减速器工作腔室22。
减速器的中间轴28通过第五轴承34和第六轴承35支撑在减速器左壳体3和减速器右壳体7上；减速器的一档主动齿轮6、同步器5(还可替换为滑套，结构更加简单)、二档主动齿轮4依次套设在传动轴1上(其中，一档主动齿轮、二档主动齿轮为空套在传动轴1上)，减速器的一档被动齿轮16、二级主动齿轮27、二档被动齿轮26依次套设在中间轴28上；二级被动齿轮21通过焊接或螺栓20固定设置在差速器壳体上；动力通过差速器内部的行星齿轮23和两个半轴齿轮(右半轴齿轮18和左半轴齿轮24)，分别传递到两侧半轴(右半轴17和左半轴25)上，进而传递给左车辆的左侧轮和右侧轮。
如图2所示，与图1的区别在于，传动轴仅通过第一轴承和第二轴承进行支撑，省略了中间轴承。
本发明集成化两档电驱系统的工作过程：
电机控制器控制电机正常工作后，电机转子将动力传递至减速器输入轴和同步器。当同步器的滑套向右移动时，同步器的滑套和输入轴一档主动齿轮结合，动力通过一档主动齿轮传递至中间轴一档被动齿轮，并通过中间轴、二级主动齿轮、二级被动齿轮传递至差速器，进而通过差速器内的左半轴齿轮和右半轴齿轮，分别将动力传递给左半轴和右半轴，并驱动车轮转动，从而使车辆前进或者后退。
当同步器的滑套向左移动时，同步器的滑套和减速器输入轴二档主动齿轮结合，动力通过二档主动齿轮传递至中间轴二档被动齿轮，并通过中间轴、二级主动齿轮、二级被动齿轮传递至差速器，进而通过差速器内的左半轴齿轮和右半轴齿轮，分别将动力传递给左半轴和右半轴，并驱动车轮转动，从而使车辆前进或者后退。
当同步器的滑套位于中间位置时，减速器输入轴和一档主动齿轮、二档主动齿轮同时脱开，两个齿轮在输入轴上空转，动力传递中断，电机的扭矩无法传递到车轮，所以也就不能驱使车辆前进或者后退。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种集成化两档电驱系统，其特征在于：包括电机、减速器、差速器、电机定子（13）和冷却组件；
所述电机和减速器集成在一个壳体内，该壳体内分为两个工作腔室，一个腔室为电机工作腔室（14），另一个腔室为减速器工作腔室（22）；
所述电机的输出轴与减速器的输入轴共用一根传动轴（1）；所述传动轴（1）穿过电机转子（10），其一端通过第一轴承（12）安装在电机工作腔室（14）的壳体上，另一端通过第二轴承（2）安装在减速器工作腔室（22）的壳体上；
所述差速器位于减速器工作腔室（22）内，并通过第三轴承（32）和第四轴承（33）支撑在壳体上；
所述电机定子（13）固定在壳体内；
所述减速器采用平行轴两级减速机构；
所述冷却组件包括油泵（29）、油管（31）和热交换器（30）；所述热交换器（30）位于壳体外侧；所述油泵（29）将减速器工作腔室（22）的润滑油通过油管（31）泵入热交换器（30）冷却后，再泵入电机工作腔室（14），并通过油管的油孔喷洒在电机定子和电机转子上；电机工作腔室（14）和减速器工作腔室（22）通过回油孔（15）连通，冷却过电机后的润滑油通过回油孔（15）流回至减速器工作腔室（22）；
所述壳体包括减速器左壳体（3）、减速器右壳体（7）以及电机端盖（9）；
所述减速器左壳体（3）与减速器右壳体（7）通过螺栓和定位销连接；所述减速器右壳体（7）与电机端盖（9）通过螺栓和定位销连接；
所述电机端盖（9）上开设有第一轴承孔；
所述减速器左壳体（3）上开设有第二轴承孔；
所述平行轴两级减速机构包括中间轴（28）、一档主动齿轮（6）、一档被动齿轮（16）、二档主动齿轮（4）、二档被动齿轮（26）、二级主动齿轮（27）、二级被动齿轮（21）和同步组件；
所述中间轴（28）通过第五轴承（34）和第六轴承（35）安装在减速器工作腔室（22）的壳体上；
减速器的一档主动齿轮（6）、二档主动齿轮（4）空套在所述传动轴（1）上，同步组件套设在传动轴（1）上，并位于一档主动齿轮（6）和二档主动齿轮（4）之间；减速器的一档被动齿轮（16）、二级主动齿轮（27）、二档被动齿轮（26）依次套设在所述中间轴上；二级被动齿轮（21）固定设置在差速器壳体（19）上；
所述油泵（29）位于减速器工作腔室（22）内，安装在减速器右壳体（7）上。
2.根据权利要求1所述的集成化两档电驱系统，其特征在于：
所述电机定子（13）通过止口配合的方式安装在壳体内，并通过定位销定位。
3.根据权利要求1或2所述的集成化两档电驱系统，其特征在于：
所述电机转子（10）通过压环（11）轴向固定。
4.根据权利要求3所述的集成化两档电驱系统，其特征在于：
所述减速器右壳体（7）上开设有中间轴承孔，中间轴承孔内安装有中间轴承（8），用于支撑传动轴（1）。
5.根据权利要求4所述的集成化两档电驱系统，其特征在于：
所述同步组件为同步器（5）或滑套。
6.根据权利要求5所述的集成化两档电驱系统，其特征在于：
所述二级被动齿轮（21）通过焊接或者螺栓安装在差速器壳体（19）上。
7.根据权利要求6所述的集成化两档电驱系统，其特征在于：
所述电机转子（10）以键配合、内孔间隙配合或者过盈配合的安装方式安装在传动轴（1）上；
所述压环（11）通过过盈或者螺纹连接的方式安装在传动轴（1）上。
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